正渗透是一种自然现象,同时也是近年来发展的新型膜分离技术。该技术利用选择性渗透膜两侧的渗透压差作为驱动力,使水分自发地从高渗透压侧向低渗透压侧流动。
物理原理
正渗透是指水从较高水化学势(或较低渗透压)侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液,一种为具有较低渗透压的原料液(Feed solution),另一种为具有较高渗透压的驱动溶液(Draw solution)。正渗透利用膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,促使水从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液一侧。当对渗透压高的一侧溶液施加一个小于渗透压差(aTr)的外加压力(ΔP)时,水仍会从原料液压一侧流向驱动液一侧,这种过程称为压力阻尼渗透(Pressure-retarded osmosis,PRO)。
技术特点
正渗透技术具有低压甚至无压操作的特点,因此能耗相对较低。此外,该技术能够有效截留多种污染物,分离效果良好,且不易造成膜污染。其工艺流程和设备也较为简单,在海水淡化、饮用水处理和废水处理等领域展现出良好的应用前景。
国际研究现状
国际上,尤其是美国、以色列和新加坡等国已投入大量资金进行正渗透技术的研究,并取得了一定的成果。相比之下,中国对该技术的研究尚处于起步阶段,尚未见到实际的应用报道。
应用前景
正渗透技术在水处理领域的应用前景广阔。相比于传统的压力驱动膜分离过程,如微滤、超滤和反渗透技术,正渗透技术具有显著的优势。然而,国内对此技术的研究和应用推广仍需加强。
技术核心
正渗透技术的核心包括正渗透膜技术和驱动溶液的配制。正渗透膜的选择性通过作用以及驱动溶液的高效性和可重复利用性,对于技术的成功实施至关重要。通常采用碳酸氢铵/氨水混合物作为驱动溶液,通过正渗透过程将“低”浓度的海水“吸收”并经过适当的加热分解后,获得纯净的水。这一过程相比多级闪蒸技术,可以节约约85%的能量。